|
Найдена половина газообразного водорода во Вселенной
|
|
|
|
Астрономы, подсчитавшие количество всей обычной материи — звезд, галактик и газа — во Вселенной на сегодняшний день, пришли к выводу, что это на удивление мало по сравнению с общим количеством вещества, образовавшегося в результате Большого взрыва 13,6 миллиардов лет назад. На самом деле, более половины обычной материи — половина из 15% вещества Вселенной, которое не является темной материей, — не может быть учтено в светящихся звездах и газе, которые мы видим.
|
|
|
|
Однако новые измерения, похоже, обнаружили эту недостающую материю в виде очень рассеянного и невидимого ионизированного газообразного водорода, который образует гало вокруг галактик и является более раздутым и обширным, чем предполагали астрономы.
|
|
|
|
Полученные результаты не только устраняют противоречие между астрономическими наблюдениями и наилучшей, проверенной моделью эволюции Вселенной со времен Большого взрыва, но и позволяют предположить, что массивные черные дыры в центрах галактик более активны, чем считалось ранее, выбрасывая газ гораздо дальше от центра галактики, чем ожидалось, — примерно на пять километров. раз дальше, команда обнаружила.
|
|
|
|
"Мы думаем, что, как только мы удалимся еще дальше от галактики, мы восстановим весь недостающий газ", - сказала Боряна Хаджийска, научный сотрудник Miller в Калифорнийском университете в Беркли и первый автор статьи, в которой сообщается о результатах. "Чтобы быть более точными, мы должны провести тщательный анализ с помощью моделирования, чего мы еще не делали. Мы хотим провести тщательную работу".
|
|
|
|
|
|
|
"Результаты измерений, безусловно, согласуются с обнаружением всего газа", - сказала ее коллега Симона Ферраро, старший научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) и Калифорнийского университета в Беркли, которая увидела намеки на это обширное ионизированное водородное гало в анализах, опубликованных три года назад.
|
|
|
|
Результаты исследования, в соавторстве с 75 учеными из институтов по всему миру, были представлены на недавних научных встречах, опубликованы в виде препринта на arXiv и проходят рецензирование в журнале Physical Review Letters. Хаджийска и Ферраро - исследователи из Центра космологической физики Беркли при физическом факультете Калифорнийского университета в Беркли, а также из лаборатории Беркли.
|
|
|
|
Объединение галактик
|
|
|
|
В то время как все еще загадочная темная материя составляет основную часть — около 84% — материи во Вселенной, остальная часть - это обычная материя. Только около 7% обычной материи находится в форме звезд, в то время как остальная часть находится в форме невидимого газообразного водорода — по большей части ионизированного — в галактиках и нитях, которые соединяют галактики в своего рода космическую сеть.
|
|
|
|
Ионизированный газ и связанные с ним электроны, образованные этой нитевидной сетью, называются теплой межгалактической средой, которая является слишком холодной и рассеянной, чтобы ее можно было увидеть с помощью обычных методов, имеющихся в распоряжении астрономов, и поэтому до сих пор оставалась неуловимой.
|
|
|
|
В новой работе исследователи оценили распределение ионизированного водорода вокруг галактик, объединив изображения примерно 7 миллионов галактик — всех на расстоянии около 8 миллиардов световых лет от Земли - и измерив небольшое затемнение или осветление космического микроволнового фона, вызванное рассеянием излучения электронами в ионизированном газе, так называемый кинематический эффект Сюняева-Зельдовича.
|
|
|
|
"Космический микроволновый фон находится в глубине всего, что мы видим во Вселенной. Это граница наблюдаемой Вселенной", - сказал Ферраро. "Таким образом, вы можете использовать его в качестве подсветки, чтобы увидеть, где находится газ".
|
|
|
|
Использованные изображения галактик — все светящиеся красные галактики — были получены с помощью спектроскопического прибора темной энергии (DESI) на 4-метровом телескопе Mayall в Национальной обсерватории Китт-Пик в Тусоне, штат Аризона. Прибор, созданный коллаборацией со штаб-квартирой в лаборатории Беркли, исследует десятки миллионов галактик и квазаров для построения 3D-карты, охватывающей Вселенную на расстоянии 11 миллиардов световых лет от Земли, чтобы измерить влияние темной энергии на расширение Вселенной.
|
|
|
|
Измерения космического микроволнового фона (CMB) вокруг этих галактик были проведены космологическим телескопом Атакама (ACT) в Чили, который до вывода из эксплуатации в 2022 году провел наиболее точные на сегодняшний день измерения CMB.
|
|
|
|
Анализ был проведен в сотрудничестве с Бернардитой Рид Гуачалла, аспиранткой Стэнфордского университета; Эммануэлем Шаном, научным сотрудником Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Менло-Парке; и командами DESI и ACT.
|
|
|
|
Галактическая обратная связь
|
|
|
|
Астрономы обычно считали, что массивные черные дыры в центрах галактик выбрасывают газ в виде струй вещества только в период своего становления, когда центральная черная дыра поглощает газ и звезды и производит большое количество излучения. Это отличает их от того, что астрономы называют активными ядрами галактик (AGN), или квазарами.
|
|
|
|
Если, как предполагает новое исследование, гало из ионизированного водорода вокруг галактик более рассеянное, но и более обширное, чем считалось ранее, это означает, что центральные черные дыры действительно могут становиться активными в другие периоды своей жизни.
|
|
|
|
"Одна из проблем, которую мы не понимаем, связана с AGN, и одна из гипотез заключается в том, что они время от времени включаются и выключаются в так называемом рабочем цикле", - сказала Хаджийска.
|
|
|
|
Астрономы называют выброс газа и его последующее падение обратно в галактический диск обратной связью, которая регулирует образование новых звезд по всей галактике. Ферраро, Шаан и их коллеги сообщили о намеках на более широкую обратную связь в предыдущей работе в 2020 году, когда Шаан был научным сотрудником в лаборатории Беркли.
|
|
|
|
Но новая работа включает в себя больше галактик и позволяет проводить более точные измерения. Последующая работа Рида Гуачаллы подтвердила полученные результаты с помощью спектроскопического образца DESI, и он смог изучить газ в более близких галактиках, подчеркнув, что газ распределен вокруг них не равномерно, а следует за "космическими нитями", которые пронизывают Вселенную.
|
|
|
|
Хаджийска отметила, что при проведении текущего моделирования эволюции галактик необходимо будет учитывать эту более четкую обратную связь в своих моделях. Некоторые новые модели уже делают это для получения более точных результатов моделирования, которые лучше согласуются с новыми данными.
|
|
|
|
Выявление недостающей материи, или барионов, во Вселенной также имеет значение для других аспектов космической эволюции.
|
|
|
|
"Знание того, где находится газ, стало одним из самых серьезных факторов, сдерживающих попытки использовать космологию в текущих и будущих исследованиях. Мы как бы уперлись в стену, и сейчас самое подходящее время ответить на эти вопросы", - сказал Ферраро. "Как только вы узнаете, где находится газ, вы можете спросить: "Каковы последствия для космологических проблем?"
|
|
|
|
Во-первых, выброс газа из ядер этих массивных галактик ставит под сомнение предположение о том, что газ следует за темной материей, сказала Хаджийска. Недооценка этого выброса газа может привести к несоответствиям в космологических моделях, в то время как новые результаты могут на самом деле решить некоторые вопросы о том, насколько плотной является Вселенная.
|
|
|
|
"Огромное количество людей заинтересовано в использовании наших измерений для проведения очень тщательного анализа, включающего этот газ", - сказала она. "Астрономам это очень важно для понимания формирования и эволюции галактик".
|
|
|
|
По словам Хаджийски, метод, который использовала команда, кинематический эффект Сюняева-Зельдовича, также может быть использован для исследования ранней Вселенной. Это могло бы дать представление о крупномасштабной структуре Вселенной и законах физики ранней Вселенной, а также позволить ученым проверить гравитацию и общую теорию относительности.
|
|
|
|
Источник
|
